Java SE 19 虚拟线程

作者：Grey

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说明

虚拟线程（Virtual Threads）是在Project Loom中开发的，并从 Java SE 19 开始作为预览功能引入 JDK。

在线程模型下，一个 Java 线程相当于一个操作系统线程，而这些线程是很消耗资源的，如果启动的线程过多，会给整个系统的稳定性带来风险。

虚拟线程解决了这个问题，从 Java 代码的角度来看，虚拟线程感觉就像普通的线程，但它们不是 1:1 地映射到操作系统线程上。

有一个所谓的载体线程池，一个虚拟线程被临时映射到该池中。一旦虚拟线程遇到阻塞操作，该虚拟线程就会从载体线程中移除，而载体线程可以执行另一个虚拟线程（新的或之前被阻塞的）。

所以阻塞的操作不再阻塞执行的线程。这使得我们可以用一个小的载体线程池来并行处理大量的请求。

示例

场景

启动 1000 个任务，每个任务等待一秒钟（模拟访问外部API），然后返回一个结果（在这个例子中是一个随机数）。

任务类如下

package git.snippets.vt;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
/**
 * @author <a href="mailto:410486047@qq.com">Grey</a>
 * @date 2022/9/21
 * @since 19
 */
public class Task implements Callable<Integer> {
    private final int number;
    public Task(int number) {
        this.number = number;
    }
    @Override
    public Integer call() {
        System.out.printf("Thread %s - Task %d waiting...%n", Thread.currentThread().getName(), number);
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.printf("Thread %s - Task %d canceled.%n", Thread.currentThread().getName(), number);
            return -1;
        }
        System.out.printf("Thread %s - Task %d finished.%n", Thread.currentThread().getName(), number);
        return ThreadLocalRandom.current().nextInt(100);
    }
}

接下来，我们测试使用线程池开启 100 个线程处理 1000 个任务需要多长时间。

package git.snippets.vt;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
/**
 * @author <a href="mailto:410486047@qq.com">Grey</a>
 * @date 2022/9/21
 * @since 19
 */
public class App {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(100);
        List<Task> tasks = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 1_000; i++) {
            tasks.add(new Task(i));
        }
        long time = System.currentTimeMillis();
        List<Future<Integer>> futures = executor.invokeAll(tasks);
        long sum = 0;
        for (Future<Integer> future : futures) {
            sum += future.get();
        }
        time = System.currentTimeMillis() - time;
        System.out.println("sum = " + sum + "; time = " + time + " ms");
        executor.shutdown();
    }
}

运行结果如下

Thread pool-1-thread-1 - Task 0 waiting...
Thread pool-1-thread-3 - Task 2 waiting...
Thread pool-1-thread-2 - Task 1 waiting...
……
sum = 49879; time = 10142 ms

接下来，我们用虚拟线程测试整个事情。因此，我们只需要替换这一行

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(100);

替换为

ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

执行效果如下

Thread  - Task 0 waiting...
Thread  - Task 2 waiting...
Thread  - Task 3 waiting...
……
sum = 48348; time = 1125 ms

1125 ms VS 10142 ms，性能提升非常明显。

注：本示例需要在 JDK 19 下运行，且需要增加 --enable-preview 参数，在 IDEA 下，这个参数配置如下

我们已经了解了创建虚拟线程的一种方法：使用Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()创建的执行器服务，为每个任务创建一个新的虚拟线程。

使用Thread.startVirtualThread()或Thread.ofVirtual().start()，我们也可以明确地启动虚拟线程。

Thread.startVirtualThread(() -> {
  // code to run in thread
});
Thread.ofVirtual().start(() -> {
  // code to run in thread
});

特别说明：Thread.ofVirtual()返回一个VirtualThreadBuilder，其start()方法启动一个虚拟线程。另一个方法Thread.ofPlatform()返回一个PlatformThreadBuilder，通过它我们可以启动一个平台线程。

这两种构造方法都实现了Thread.Builder接口。这使得我们可以编写灵活的代码，在运行时决定它应该在虚拟线程还是平台线程中运行。

源码

hello-virtual-thread

参考资料

Java 19 Features (with Examples)

JDK 19 Release Notes

Virtual Threads in Java (Project Loom)